Квантовые основы жизни — Код НЛО | UFO code

Чрезвычайная сложность жизни озадачила ученых в течение длительного времени. Но под кажущейся случайностью жизни лежит глубоко укоренившийся порядок в квантовой шкале.

Квантовые основы жизни

Квантовые основы жизни

Чрезвычайная сложность жизни озадачила ученых в течение длительного времени. Но под кажущейся случайностью жизни лежит глубоко укоренившийся порядок в квантовой шкале. Генетик Джонджо МакФадден ведет нас в мир, где биология встречается с квантовой механикой.

Что такое жизнь? Работает ли жизнь по тем же законам, что и неодушевленный мир, но с большей сложностью? Что происходит, когда живые существа умирают?

Ученые и философы размышляли над этими вопросами на протяжении веков. Многие биологи не могли поверить, что материал живых был таким же, как неживой, поэтому они предложили витализм, теорию о том, что жизнь была оживлена жизненными силами в «протоплазме». Но к концу девятнадцатого века витализм был широко дискредитирован, когда было установлено, что эта «протоплазма» состоит из того же материала, что и неодушевленный мир - углерод, азот, кислород и т. д. - и, казалось, ведет себя за пределами по крайней мере, клетки, как неодушевленные вещи. Биологи и ученые-классики пришли к выводу, что жизнь представляет собой исключительно сложную химическую реакцию, основанную на тех же термодинамических принципах, которые приводили в движение паровые поезда.

Но тогда классическая физика была сдута квантовой физикой, и идея частиц, имеющих фиксированные положения в космосе, уступила место квантовому видению частиц, таких как электроны, протоны или даже распределенные атомы, вместо того, чтобы иметь отдельные позиции в пространстве и времени , Тем не менее, биологи, по большому счету, велись независимо. Они по-прежнему продолжали работать с видением биомолекул с шариками и палочкой, которые (по их мнению) в основном регулировались классическими законами.

Тем не менее , более 60 лет назад, один из отцов квантовой механики Эрвин Шредингер, думали долго и упорно о жизни и пришел к выводу , что это не может быть объяснено с помощью стандартных классических физических законов. В частности, он был озадачен впечатляющей верностью наследственности, размышляя, как клетки могут копировать свои гены с ошибками (или мутациями) менее одного в сто миллионов. Проблема, которую он обнаружил, заключается в том, что эти стандартные законы, такие как термодинамика, являются вероятностными: в среднем они выполняются только в среднем. Для тех средних значений, которые дают постоянные значения, количество частиц, участвующих в системе, должно быть очень большим. Он назвал эти законы порядка от беспорядкапотому что поведение газов и жидкостей, которые подчинялись этим законам, было закономерным и предсказуемым на макроскопическом уровне - что означает, что ученые могут предсказать, насколько увеличится воздушный шар, если вы его нагреете, - но на микроскопическом уровне существует только непредсказуемое случайное молекулярное движение. Шредингер оценил размер гена и пришел к выводу, что он слишком мал - частиц недостаточно, чтобы обеспечить верность наследственности классическими законами порядка-от-беспорядка.

Шредингер предположил, что жизнь вместо этого управляется новым набором законов, которые уходят своими корнями в более упорядоченный мир квантовой механики. На этом уровне строгая математика квантовых волн порождает порядок, такой как структура атомов и молекул. Квантовые правила также позволяют частицам одновременно находиться во многих местах, проходить через непроницаемые барьеры и обладать жуткими связями. Однако это странное квантовое поведение требует, чтобы волны разных частиц были когерентными,что означает, что они эффективно идут в шаге. Это возможно внутри атома или молекулы, но по мере того, как системы становятся все более сложными, их многочисленные частицы имеют тенденцию волноваться бессвязно или неэффективно. Именно это бессвязное случайное молекулярное движение уничтожает весь странный квантовый материал, делая его, по-видимому, классической системой, следуя этим законам порядка-от беспорядка .

В своей книге 1944 года «Что такое жизнь?», Шредингер предположил , что жизнь была макроскопической системой, законы, однозначно, зависят от упорядоченного квантовой области: порядок весь путь вниз, как он ее называл. Чтобы объяснить верность наследственности, он предсказал, что гены являются «апериодическими кристаллами», где положение отдельных квантовомеханических частиц кодирует генетическую информацию, передаваемую поколениями. Вероятно, не могло быть более пророческого предсказания во всей науке: это была именно молекулярная структура ДНК, которую Уотсон и Крик обнаружили спустя десятилетие.

Но по большому счету биологи забыли о аргументе Шредингера и продолжали рассматривать свои объекты как классические, с атомами, электронами и протонами, занимающими фиксированные позиции в пространстве и времени. Некоторое время этот классический подход работал; молекулярная биология поставляла новые препараты, лечение и полную последовательность генома человека.

Но вот спустя столетие после открытия квантовых законов Макса Планка в 2006 году Грэм Флеминг и Грег Энгель, работавшие в Калифорнийском университете, изучали самую важную биохимическую реакцию на планете - фотосинтез. Это биохимическая реакция, которая позволяет растениям и микробам использовать световую энергию, чтобы объединить молекулы углекислого газа и воды, а также несколько минералов, чтобы сделать почти всю биомассу на нашей планете. Там всегда была головоломка - как фотосистемы захватывают световую энергию и переносят ее в реакционный центр, где так эффективно превращается в химическую энергию? Если бы энергия переносилась стандартными классическими процессами - где она вроде бы переходила из одного места в другое, тогда большая часть энергии должна быть потеряна в пути. Но на самом деле эффективность, в оптимальных условиях,

Когда Энгель и Флеминг сияли лазерным светом в комплексе бактериальных фотосинтеза, у них появилось некое легкое эхо, которое возникало в волнах, которые они называли «квантовыми ударами». Избиение было признаком того, что энергия переносится не классически процессом прыжков, а как когерентная квантово-механическая волна, которая находит самый быстрый путь к реакционному центру, путешествуя по всем путям одновременно. Вывод вновь вызвал интерес к возможности жизни, зависящей от квантовой механики.

Один из самых больших вопросов без ответа заключается в том, как живым клеткам удается поддерживать квантовую связность так долго в жарких, влажных средах, когда физикам приходится охлаждать свои эксперименты вплоть до абсолютного нуля и выполнять их в вакууме, в защищенных от вибрации лабораториях, до поддерживать квантовую когерентность в течение аналогичных длин времени. Примечательно, что тогда как в искусственных системах молекулярные колебания, вызванные теплом, имеют тенденцию нарушать квантовую когерентность, в жизни эти молекулярные колебания, похоже, поддерживают ее. В книге «Жизнь на краю: приближение эпохи квантовой биологии», Джим Аль-Халили и я предполагаем, что эта способность клеток использовать молекулярный шум для поддержания квантовой когерентности имеет фундаментальное значение для жизни, и ее потеря отражает смерть. В любом случае этот экстраординарный вывод может стимулировать развитие революционных новых квантовых технологий комнатной температуры для захвата солнечной энергии или даже квантовых вычислений. Область квантовой биологии только начинается.

Источник

Нравится
Не нравится
RSS
Нет комментариев. Ваш будет первым!

Другие новости

Подводные НЛО

Как будто понимая свое превосходство, загадочный объект даже не пытался скрыться и крутился около военных

Лекарь из иного мира

Туманная фигура слегка покачнулась в дверях, и из её горящих глаз ударили в Бориса два луча света." Конец сентября 1991 года. Самое начало бабьего лета. Город Батайск Ростовской области. Семь часов вечера.

Авторизация

Поделиться ...